SIEMENS西门子潮州授权代理商

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  一直以来，安全控制技术一直落后于标准的控制技术。为了说明这一点，让我们回顾一下几十年来自动化控制系统的发展历程。30年前，几乎所有的控制系统都采用继电器控制方式，但这种方式安装和维护的成本较高，且重新配置系统比较麻烦，非常不灵活。基于这些原因，PLC及其他一些比较“智能”的控制技术就逐步取代了继电器控制方式，因为PLC减少了硬件配置，简化了安装和维护过程，且能非常灵活地适应以生产过程为本的控制任务。随着生产规模的进一补扩大和生产技术的不断进步，控制系统的复杂性也在不断增强，新型的开放式现场总线技术的时代来临了，它不仅能使不同供货商的设备共存于一个总线系统中，而且还能简化布线，加快信息在数字网络上的传播。但实际上，标准的现场总线系统还不能算是一个**的总线系统，尤其在“安全控制”方面存在着很大的漏洞。

    以汽车生产厂为例，尤其是在自动化程度较高的焊装车间和总装车间，大量的焊接机器人和装配机械手的出现，造成了许多需要安全保护的危险区域，所以安全传感器，如区域保护扫描器、安全光幕、安全锁、安全地毯、急停开关等的使用已经非常普遍，但现在连接这些安全设备的控制系统仍停留在“安全继电器”或“安全PLC”的非总线控制系统的低级控制状态，大大限制了生产过程控制系统的发展。但如果将这些安全设备连接到非安全的现场总线系统（如标准的Profibus、DeviceNet等总线系统）上去，就会存在比较大的安全隐患，是一种非安全的控制状态。图1所示的是安全产品的接线方式。

    基于这种状况，世界上几家比较大的自动化系统公司（如Siemens、Rockwell等）联合了几家*的安全传感器的生产公司（如SICK、OMRON），共同合作开发了开放性的、相互兼容的安全总线系统，如AS-Interfacesafety、Profisafe、DeviceNetSafety、interbussafety及Safetybusp等。这些安全总线控制系统大大加快了控制系统前进的步伐。图2为一个标准的Profisafe总线系统结构图。

    一、安全总线系统的结构

    安全总线系统和标准总线系统的主要区别在于通信协议的标准不同。安全总线系统的安全是对标准协议的扩展，使得标准及安全装置可在同一个网络上运行。其*特之处就在于安全通信的实现*诸如网关、网桥等昂贵的硬件设备，仅仅通过软件层就可实现。图3所示为安全总线的协议结构。

    一个标准的安全总线系统应包括：

    带双CPU的安全PLC；

    安全总线协议；

    安全总线接口I/O及安全传感器。

    较初，人们普遍认为仅仅通过软件上的变化来改变总线系统的性质是一种冒险的行为，但恰恰是安全总线系统内部固有的安全协议保证了整个系统的安全性。协议中规定的诸如：数据冗余、交错互检等功能保了的高可靠性及故障诊断的快速及时等特性。

    安全总线系统不仅能够单独使用，还能直接连接到标准的总线系统中去，而*其他辅助设备。

    二、安全总线系统的优点

    性能**的传输介质，已经过“高噪声干扰”等恶劣场合的考验； 

    重合“节点地址”的自动检查功能；

    内置的“数据链路层”的重审功能；

    通过配置建立的“**权”功能；

    非常低的误码率（≤10-7相当于在满负载运行情况下，150年只允许出现1次错误）。

    安全现场总线现正处于起步阶段，Profisafe安全现场总线现已完成协议的制订，在欧洲已开始产品的推广和试用，Siemens公司计划于2004开始在中国进行推广。DeviceNetSafety安全现场总线现正处于协议的完善阶段，较Profisafe会晚一步开始市场推广工作。

    三、安全总线系统在汽车行业的应用

    （1）焊接机器人

    汽车厂焊接车间中存在着大量的焊接机器人，焊接机器人周围需要安装机械式安全围栏、安全门锁、激光区域保护扫描器及急停开关等安全保护设备。这些安全保护设备通过“安全总线接口”连接到安全总线系统中去（如图4所示）。

    （2）全自动冲压机

    在全自动冲压机的工作区域，通常会安装机械式安全围栏、安全门锁、带屏蔽传感器的安全进出入口安全光栅及急停开关等安全传感器。这些安全保护设备通过“安全总线接口”连接到安全总线系统中去

   一、项目概况：

    长安汽车制造厂原来可以生产6种型号汽车，年产量在8万辆左右。他的总装生产线是在80年代末引进美国50年代技术制造的，由于在设计、制造上存在许多缺陷，导致系统有故障率高，生产效率低等诸多问题。长安公司为适应中国加入WTO后对汽车行业的冲击，保持中国微型汽车生产企业的**位置，在不断推出新车型的同时，生产线的制造能力成为了企业发展的瓶颈。通过我们对总装生产线的改造，大大提高了生产效率，将产量提高到20万辆/年，并且具备了多种车型混装能力，可以满足不断推出新车型的生产需求。

    二、改造方案的确定：

    总装车间的原生产线控制系统采用的是三菱PLC系统，传统的控制模式。所有分布在车间的信号靠IO电缆连接至PLC柜，设备的故障报警信息全部通过BCD码来显示，工人对生产线的干预**于启动、停止和急停操作。根据现场生产的实际情况，该控制系统已经无法满足生产需求：

    1、无法提供故障的准确和判断。时间对于总装车间来讲是分秒必争，尤其是在产量达到一定规模以后。故障产生时，维修人员需要以较快的速度发现和解决问题，老系统必须由工人根据报警代码寻找故障地点，再根据经验分析原因，故障停线时间因此比较长。尤其是在PLC本身发生故障时，往往会浪费更多的时间。

    2、检修困难。总装车间的信号多，而且分布面积很广，桥架里的电缆敷设很拥挤，加之时间比较长，线号已经模糊不清，维修工人需要更换电缆、电气元件等需要耗费很大的工作量。

    3、无法为工厂资源管理信息系统（MRPII）提供快速、准确的生产信息。车间的零部件物流无法根据实际的生产进度进行合理的调度。

    西门子公司的PROFIBUS现场总线网络技术，为这个系统提供了一个完整的解决方案。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到较小，从而使成本费用大大地节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。

    PROFIBUS现场总线系统的结构是透明和开放的。只有这样，工程师们才可能从市场上大量可供应的现场设备和部件中选择较佳的产品组成他们自己的系统。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求。一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散I/O”领域，由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用。同时该总线系统又提供了丰富的设备诊断信息，操作员可以直接通过监控计算机了解整个车间系统设备的健壮性，为故障的判断提供直截了当的辅助手段，大大减少了故障的排除时间。

    Profibus利用了现有的国家标准和**标准。其协议以**ISO（**标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础